圆环衍射效应下涡旋光束的光强变化

为了分析拓扑电荷数以及相干性对部分相干涡旋光束的影响,利用部分相干光的统一理论和惠更斯-菲涅耳衍射原理,推导出随机电磁涡旋光束在自由空间中传播时,尤其是部分相干涡旋光束经圆环衍射后光强的计算公式,研究了部分相干涡旋光束通过圆环后的夫琅和费衍射特性。通过理论分析与数值计算表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后的光强分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关。当入射光束的拓扑电荷数越大,相干长度越长,衍射孔径越小时,衍射光束的光强分布会更加清晰,衍射效果也更加明显。     

《波动光学》课程中光束涡旋相位的实验演示与研究

相位是光的重要特性之一,涡旋光束具有螺旋形波前结构、光强呈环形分布、确定的轨道角动量、存在着相位奇点等,其在光学信息传输、光学微操纵、显微成像、激光微加工等领域中得到广泛的应用。因此,关于涡旋光束的研究成为了现代光学中的一个重要研究领域。涡旋光束的拓扑荷数是涡旋光束的一个重要的属性,拓扑荷数是区分不同涡旋光束的一个重要特征。本文的重点就是应用Sagnac偏振干涉仪对涡旋的光束的拓扑荷数测量方法进行研究。     

空间光调制器模拟光栅产生高阶和分数阶涡旋光束

用空间光调制器模拟叉形光栅的方式产生高阶和分数阶涡旋光束,分离各阶涡旋光束并探究单级特性,探测其拓扑荷数以验证实验方法的正确性。设计了涡旋光束生成光路,编写了产生叉形光栅全息图的计算机程序,利用透射式空间光调制器模拟叉形光栅,以全息图的方式加载到空间光调制器上。调节参数改变全息光栅图样,得到拓扑荷数从1.0到100.0的整数阶与间隔为0.1的分数阶涡旋光束。利用孔径光阑分离出一级衍射,分析其特性并利用干涉法测量其拓扑荷数。实验发现,整数与分数阶光场分布与拓扑荷数为单调关系,拓扑荷数接近100时光束质量显著下降的特性,利用干涉法测得的拓扑荷数与计算全息图设置的参数完全相同。干涉测量结果验证了计算全息方法的正确性。该方法装置简易、参数可调,可为高阶和分数阶涡旋光的产生和应用提供一定的参考。     

完美涡旋光的自由空间传播特性

理想完美涡旋光束是一种光强分布不随拓扑荷数的改变而改变的特殊光束,与普通涡旋光束相比,其可以大幅提升在微粒操纵、光纤传输等方面的应用效率。为了探究完美涡旋光束的自由空间传播特性,利用汉克变换详细计算并分析了拓扑荷数、初始面光环半径以及环宽度对其衍射特性的影响,发现完美涡旋光束不具备无衍射特性,光环会随着衍射距离的增加而展宽并逐渐向贝塞尔函数转变。当初始面光环半径增加或环宽度减小时,衍射效应增强,其中环宽度的影响要大于光环半径。与前两者相比,拓扑荷数对衍射效应的影响较小。研究结果对完美涡旋光的进一步应用提供了有益的理论参考。     

螺旋相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力研究

光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。     

基于相位计算全息的完美涡旋光产生和调控方法

空间光调制器模拟锥透镜法是目前最为广泛使用的产生完美涡旋光的方法,但是该方法无法调控光束环宽,为了解决这个问题,提出了使用傅里叶空间相位计算全息法产生、调控完美涡旋光。通过理论分析和实验测量证明,改变编码相位可以实时调控完美涡旋光的光环半径、环宽和拓扑荷数。该方法光路简单,产生的光束质量高,且光路只需进行一次调整,操作简便。另外,该方法还具有通用性强的优点,可用于产生各类变形完美涡旋光。实验产生了不同参数的椭圆形完美涡旋光,实验测量结果与理论结果吻合得很好。因此,傅里叶空间相位计算全息法是一种简便、通用、实用性更强的完美涡旋光产生、调控方法。     

基于拉盖尔-高斯光束的螺旋干涉模式研究

为提高粒子操控的灵活性和精度,一种基于拉盖尔-高斯光束的可控螺旋干涉模式被提出。通过理论分析两束拉盖尔-高斯光束同轴叠加光场,给出了不同参数的变化对干涉光场强度分布的影响。通过仿真模拟,研究参数变化对场强结构的调控作用。结果表明,通过改变两束拉盖尔-高斯光束的拓扑电荷数可以实现干涉模式光场强度极大值的数量和分布的动态调整,增加了对粒子操控的灵活性和可控性,为提高光束微粒操控的精度的提升提供了可能。     

高度局域线偏振时空光涡旋的生成方法

携带横向轨道角动量的时空光涡旋是一种新型光脉冲波包,受到越来越多的关注。本文报道一种经过高数值孔径透镜聚焦,在透镜焦平面上产生偏振态可控的线偏振时空光涡旋的方法。为克服聚焦透镜对入射时空涡旋产生的时空像散效应,需对入射时空波包作预劈裂处理。基于Richards Wolf矢量衍射公式仿真了不同偏振态下的高度局域时空涡旋的三维时空场分布,并对其强度和相位特性进行了分析。生成的水平偏振、垂直偏振以及45°偏振高度局域时空涡旋证明了本文所提方法的有效性。     

三次相位调制参数对艾里光束的影响

从理论角度与实验角度研究了三次相位调制参数对艾里光束的影响。理论上分析说明三次相位对应的频谱为艾里光束,并引入三次相位调制参数a3以表征相位变化速率。实验上通过设定不同的三次相位调制参数,观察其对艾里光束的影响。结果表明,三次相位调制参数可以影响艾里光束的光瓣尺寸、光瓣间距以及能量分布等,并确定a3最佳值在2~4之间。     

高斯涡旋光束通过像散透镜后的相位奇异特性

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式,并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明,高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点,相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下,几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时,光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0,而涡旋离轴量为0时,会出现直刃型位错线或光涡旋,且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时,光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。     

基于AVR单片机的双液体变焦透镜驱动系统

基于电湿效应的圆锥形双液体变焦透镜是一种新型的透镜,它通过外加电压改变液面曲率半径来实现变焦,从而达到无机械运动变焦的目的。现设计了一种基于AVR单片机的驱动系统,该系统通过调整输出PWM波的占空比可以对外输出一个频率固定为1kHz、幅值可调的电压,用于驱动双液体透镜改变焦距。电控系统可以方便快捷地调整输出电压的大小,从而驱动双液体变焦透镜快速、稳定地改变焦距。     

基于输送物料质量变化的反共振振动机动力学研究

介绍了原点反共振振动机的动力学原理,描述了输送物料质量的变化方式,建立了基于输送质量变化的反共振振动机动力学模型.分析了输送质量变化幅值系数以及输送质量波动速度对反共振振动机工作性能的影响.结果表明,质量变化幅值系数越大,则上下质体的振幅越大、振幅突变性越强;质量波动速度越快,上下质体振幅的慢变周期越短,上下质体振幅突变性越大.     

叶片表面旋涡脱落诱发自激振动的可能性

在循环水槽中对微弯薄翼在其失速角附近自激振动的可能性进行了试验研究。采用闪烁激光成像法和高速摄影法两种不同的方法对流场进行了可视化。作用在翼型上的力矩由应变片测定。为了验证旋涡脱落是否会引起翼型自激振动,对该翼型进行了强迫振动试验。通过改变振动的频率和振幅确定了翼型在不同冲角下的连锁区域。在连锁区域内,根据翼型的振动位移和力矩之间的相位差对旋涡脱落是否会诱发翼型自激振动进行了判断。     

Rapid in‐focus corrections on quantitative amplitude and phase imaging using transport of intensity equation method

Transport of intensity equation (TIE) method can acquire sample phase distributions with high speed and accuracy, offering another perspective for cellular observations and measurements. However, caused by incorrect focal plane determination, blurs and halos are induced, decreasing resolution and accuracy in both retrieved amplitude and phase information. In order to obtain high‐accurate sample details, we propose TIE based in‐focus correction technique for quantitative amplitude and phase imaging, which can locate focal plane and then retrieve both in‐focus intensity and phase distributions combining with numerical wavefront extraction and propagation as well as physical image recorder translation. Certified by both numerical simulations and practical measurements, it is believed the proposed method not only captures high‐accurate in‐focus sample information, but also provides a potential way for fast autofocusing in microscopic system.     

五臂混凝土泵车臂架变幅机构的仿真研究

通过ADAMS/VIEW软件模块建立某48m混凝土泵车臂架变幅机构的三维仿真模型,在ADAMS/VIEW模块中,以混凝土泵车5节臂架全部水平工况为基础,分别对第1、第2、第3、第4、第5节臂架进行由初始位置到最大位置间的运动仿真分析,得到了在10种工况下各节变幅油缸下各节变幅油缸受力曲线,并确定了各节臂架变幅油缸最危险工况时的最大受力.依据仿真出的各节臂架变幅油缸最大推力和拉力,分别计算出变幅油缸无杆腔和有杆腔的最大工作压力,为选择合理的臂架变幅油缸型号和臂架变幅机构优化设计提供了理论依据.     

双矩形光栅衍射特性分析

双光栅系统的衍射一干涉效应非常重要,现从置于透镜前方的任意两个衍射屏出发,推出透镜后焦平面的光强分布可以用两个衍射屏的振幅透射率函数的相关来表示,然后把该结论用于两个完全一样的矩形光栅,得出了双矩形光栅在一些特殊间距时透镜后焦面上的光强分布可以表示为周期不同的三角形光栅透过率。     

Photomicrographic attachments: capabilities and limits

High magnification micrographs of high film contrast taken with a camera of short focal length revealed peculiar patterns which are attributed to minute unevennesses in ocular lens surfaces. These patterns can be avoided only by increasing the diameter of the microscope exit pupil, viz by the employment of low-power oculars. In consequence it is recommended that cameras intended for universal use should have focal lengths of not shorter than 125 mm. Proposals for a test standard of microcameras are made.     

Simultaneous multiplane imaging‐based localization encoded (SMILE) microscopy for super‐resolution volume imaging

We propose a widefield‐based rapid super‐resolution volume imaging technique. This technique requires encoding single molecules to their respective planes and subsequent identification of the locus of individual molecule (both in the focal plane and off‐focal planes). Experimentally, this is achieved by precise calibration of system PSF size and its natural spread in the off‐focal planes using sub‐diffraction fluorescent beads. The specimen plane touching the coverslip is chosen as the focal plane whereas planes far from coverslip (situated at large penetration depths) represent off‐focal planes. The identification and sorting of single molecules are carried out by setting multiple cut‐offs to the respective PSFs and a 3D super‐resolved volume image is reconstructed. SMILE microscopy technique eliminates the need for multiple z‐plane scanning, minimizes radiation‐dose and enables rapid super‐resolution volume imaging.     

基于双环形旋涡相位调制的多焦点产生

为提高光学显微成像及微粒控制的效率,提出一种通过双环形旋涡相位板对入射光为拉盖尔高斯柱矢量光束进行波前相位调制的多焦点产生方法。通过Debye矢量衍射理论分析了该相位板对焦点区域光强分布的影响。分析表明,经调节内外环旋涡相位拓扑数及内环的半径,可以对焦点区域光强分布进行整形,在焦平面上产生多焦点,而且通过改变入射柱矢量光束的偏振态,可以进一步得到光场由轴向分量为主的多焦点及由横向分量组成的多焦点。通过改变旋涡相位板的拓扑数及光束的参数,可以达到对光斑的数量的控制。这对于捕捉折射率高于周围环境折射率的微粒具有重要的应用价值。